宋 濤，王玉杰，羅雪梅，涂衛(wèi)國

(1.西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽 621010;2.四川省自然資源科學(xué)研究院，成都 610015)

引 言

水體富營養(yǎng)化已成為河流、湖泊和水庫等水體的嚴(yán)峻環(huán)境問題[1-2]，利用挺水植物修復(fù)是一種應(yīng)用廣泛的水體富營養(yǎng)化治理方式。隨著挺水植物的生長，會(huì)不斷從水環(huán)境吸收N等營養(yǎng)元素，富集在植物體的根、莖、葉等器官中。并且挺水植物的莖和葉片一般挺出水面，因此也便于收割，以去除從水體轉(zhuǎn)移到植物莖、葉中的N、P等元素。挺水植物發(fā)達(dá)的根系也為微生物的附著提供了場(chǎng)所，從而有效降低水環(huán)境中的COD成分。此外，挺水植物還可以通過對(duì)營養(yǎng)元素的競(jìng)爭作用，抑制藻類的繁殖[3]。這種方法不僅成本低廉，而且不易產(chǎn)生二次污染[4]。

目前，關(guān)于利用挺水植物修復(fù)富營養(yǎng)化水體的研究主要集中在養(yǎng)分吸收動(dòng)力學(xué)特征[5]、資源化利用[6]和凈化效果[7]及性狀篩選[8]等方面。這其中，主要采用污染物的吸收情況、去除率來衡量其凈化效果。另外，挺水植物的株高、鮮重等生物量指標(biāo)也是影響凈化效果的重要因素。旱傘草、黃菖蒲、再力花、美人蕉、鳶尾是西南地區(qū)常見的5種挺水植物，對(duì)于這5種植物單獨(dú)在凈化效果方面的研究已比較全面，但有關(guān)它們凈化效果的對(duì)比研究尚鮮見。鑒于此，本研究選取了西南地區(qū)常見的5種挺水植物作為試驗(yàn)材料，通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)，重點(diǎn)對(duì)比分析了它們對(duì)污水中C、N凈化效果的差異，同時(shí)分析了植株生長情況與凈化效果的關(guān)系，以期為植物修復(fù)在富營養(yǎng)化水體治理中的應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 試驗(yàn)材料及條件

1.1 試驗(yàn)材料

5種試驗(yàn)植物材料黃菖蒲Irispseudacorus、再力花Thaliadealbata、旱傘草Cyperusinvolucratus、美人蕉Cannaindica、鳶尾Iristectorum等均取自四川省成都市，采回植物后用蒸餾水洗凈泥土，去除枯萎的葉片，蒸餾水培30 d后選取生長良好且大小基本一致的植株進(jìn)行模擬試驗(yàn)，在試驗(yàn)開始前對(duì)植物進(jìn)行統(tǒng)一的修剪。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于成都雙流，試驗(yàn)時(shí)間為當(dāng)?shù)叵募?7～8月)，實(shí)裝裝置采用自制的透明玻璃水箱(200 cm × 70 cm × 100 cm)，每個(gè)水箱放置同種植物材料36株，通過高密度聚苯乙烯浮島材料配合鵝卵石進(jìn)行固定(圖1)，每個(gè)水箱設(shè)為1個(gè)試驗(yàn)組，共設(shè)置5個(gè)試驗(yàn)組和1個(gè)試驗(yàn)對(duì)照組，5個(gè)試驗(yàn)組分別采用黃菖蒲、再力花、旱傘草、美人蕉、鳶尾作為植物材料，對(duì)照組不種植任何植物。試驗(yàn)設(shè)置在室外大棚內(nèi)，大棚為鋼架結(jié)構(gòu)，覆蓋透明薄膜，避免降雨對(duì)本試驗(yàn)產(chǎn)生干擾。模擬污水采用試驗(yàn)地附近的天然河水添加葡萄糖、磷酸二氫鉀、氯化銨等進(jìn)行配制，具體濃度見表1，本實(shí)驗(yàn)為靜態(tài)模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中水箱的進(jìn)水口與出水口保持關(guān)閉狀態(tài)。試驗(yàn)過程水箱中污水水位高度保持80 cm，通過添加蒸餾水來補(bǔ)充試驗(yàn)過程中自然蒸發(fā)和植物蒸騰所消耗的水分。在試驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)用卷尺測(cè)量記錄每株植物的根長、株高、分蘗數(shù)以及鮮重，植物干重通過烘干法進(jìn)行測(cè)定。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，植物生長情況如圖2所示。

表1 模擬污水水質(zhì)指標(biāo)初始濃度Tab.1 The initial concentration of the simulated water quality index

圖1 試驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 A diagram of experimental device

圖2 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)植物的生長情況Fig.2 Plant growth at the end of the experiment

1.3 測(cè)定方法和數(shù)據(jù)分析

本研究中污染物的去除率計(jì)算公式如下：

式中：η—去除率；Co—第1次采集的水樣中污染物的濃度；Cn—第n次采集的水樣中污染物的濃度。分別在試驗(yàn)開始第0、2、4、6、8、11、13、18、22、32、38、45天采集水樣進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同挺水植物對(duì)污染物的去除能力研究

2.1.1 不同挺水植物對(duì)模擬污水中CODCr的去除效果

各體系中植物材料對(duì)CODCr去除效果如圖3所示，其中圖3(A)為各組試驗(yàn)中模擬污水的CODCr濃度變化趨勢(shì)，圖3(B)為各組中CODCr去除率變化趨勢(shì)。從圖中可以看出，試驗(yàn)過程中試驗(yàn)組和對(duì)照組水體中CODCr濃度變化趨勢(shì)基本一致，總體上呈現(xiàn)出先不斷降低，然后趨于穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)規(guī)律。

試驗(yàn)開始前5天，各試驗(yàn)組和對(duì)照組中CODCr的去除率均較低，在第5～11天，旱傘草、黃菖蒲、再力花、美人蕉、鳶尾在適應(yīng)環(huán)境后對(duì)CODCr去除率快速上升，試驗(yàn)進(jìn)行到第11天，各試驗(yàn)組中的CODCr的去除率均超過對(duì)照組，除鳶尾之外的其他4種植物對(duì)CODCr的去除率達(dá)到60%以上，體系中CODCr濃度下降到40mg/L以下，隨著時(shí)間的推進(jìn)，旱傘草對(duì)CODCr的去除率穩(wěn)定在80%左右，黃菖蒲、再力花對(duì)CODCr的去除率達(dá)到70%以上，美人蕉在70%左右，鳶尾的去除效果相對(duì)較差，后期逐漸穩(wěn)定在50%以上。第38天，各試驗(yàn)組的CODCr去除率達(dá)到56.76%～80.58%，對(duì)照組的去除率為48.57%。5種植物CODCr去除率由高到低依次為：旱傘草、黃菖蒲、再力花、美人蕉、鳶尾。

圖3 不同挺水植物對(duì)CODCr的去除效果Fig.3 The removal effect of different emergent plants on CODCr

圖4 不同挺水植物對(duì)的去除效果Fig.4 The removal effect of different emergent plants on

2.2 各體系中植物生長情況與污染物的去除效果之間的關(guān)系

為了研究植物生長情況與模擬水體中C、N去除率之間的關(guān)系，試驗(yàn)過程中對(duì)5種植物材料的根長、株高、分蘗數(shù)、鮮重和干重等指標(biāo)進(jìn)行的測(cè)定。研究結(jié)果表明：5種植物中，黃菖蒲的根系最長，達(dá)到77 cm，其次為旱傘草，根長為66 cm，鳶尾的根長最短為25cm(見表2)，同時(shí)旱傘草的分蘗數(shù)最多，根系也最發(fā)達(dá)，從前面的研究結(jié)果中也可以看出旱傘草對(duì)水體中CODCr去除率最好，其他4種植物對(duì)CODCr去除率高低也與其根系發(fā)達(dá)程度和植物生長情況關(guān)系密切。這是由于試驗(yàn)水體中碳源的降解主要依靠水體中和植物根系上的微生物，根系越發(fā)達(dá)，越能給微生物提供更多的附著場(chǎng)地，微生物的數(shù)量越多，因此對(duì)CODCr的去除效果越好。

表2 植株各部位生長情況Tab.2 The growth of each part of the plant

續(xù)表2

表3 植株各部位干重情況Tab.3 The dry weight of each part of the plant parts (g)

3 結(jié) 論

3.1 靜態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，各試驗(yàn)組CODCr濃度呈先下降后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，CODCr去除率呈先上升后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。試驗(yàn)組CODCr去除率為56.76%～ 80.58%，均高于對(duì)照組。CODCr去除率從高到低的順序：旱傘草>黃菖蒲>再力花>美人蕉>鳶尾。